復合硅酸鹽水泥的研制與應用

【摘 "要】隨著科技的進步，現(xiàn)代工業(yè)趨向于一種綠色可持續(xù)的發(fā)展方式，越來越多的復合材料利用廢棄資源打開了新市場。本文從復合硅酸鹽水泥的種類、生產(chǎn)條件與性能特點進行論述，簡述了工業(yè)廢渣在復合硅酸鹽水泥中的應用和發(fā)展前景。

【關鍵詞】復合硅酸鹽水泥;混合材;生產(chǎn)條件;性能特點;工業(yè)廢渣;節(jié)能減排

我國通用水泥原為五大品種：普通水泥、硅酸鹽水泥、礦渣水泥、火山灰水泥和粉煤灰水泥。1988年10月24日復合硅酸鹽水泥通過國家標準，并于1989年10月1日在全國得到實施，成為中國第六大通用水泥。它的實施不僅在水泥的設計、科研上是一大突破，更在生產(chǎn)使用上產(chǎn)生巨大的影響，極大地促進了復合水泥的發(fā)展。

1.復合硅酸鹽水泥的定義與種類

長期以來，建筑領域使用最廣泛的水泥基復合材料是由硅酸鹽水泥、砂、石和水組成的普通混凝土。然而，隨著現(xiàn)代科技的進步，普通混凝土的性能已遠不能滿足現(xiàn)代建筑的要求，這使得水泥基復合材料取得重大發(fā)展。

1.1復合硅酸鹽水泥的定義

復合硅酸鹽水泥是由硅酸鹽水泥熟料、兩種或兩種以上規(guī)定的混合材料、適量石青磨細制成的水硬性膠凝材料。水泥中混合材料總摻t按重量百分比應大于15%，不超過50%，且不應與GB1344重復。

1.2復合硅酸鹽水泥的種類

按增強體的種類，水泥基復合材料可分為混凝土、纖維增強水泥基復合材料、聚合物混凝土復合材料等。

混凝土由水泥、水和粗、細集料按適當比例拌和均勻，經(jīng)澆搗成型后硬化而成。按復合材料定義 ，它屬于水泥基復合材料，是建筑工程中最主要的建筑材料之一，在工業(yè)與民用建筑、給排水工程、國防建筑等方面都廣泛應用。

纖維增強水泥基復合材料是由不連續(xù)的短纖維均勻分散于水泥混凝土基材中形成的復合材料，常用纖維有鋼纖維、玻璃纖維、碳纖維。

與普通混凝土不同，聚合物混凝土是以聚合物或聚合物與水泥為膠結材料，可分為：聚合物混凝土或樹脂混凝土（PC）、聚合物浸漬混凝土（PIC）和聚合物改性混凝土（PMC）。

2.復合硅酸鹽水泥的混合材類型

現(xiàn)用于生產(chǎn)復合硅酸鹽水泥的混合材種類很多。按來源分，可分為天然的（如石灰石、玄武石巖等）與人造的（如礦渣、粉煤灰等）;按反應分，可分為具有潛在水硬性（礦渣、磷渣等）和火山灰性的（如沸石、粉煤灰等）。其他混合材包括化鐵爐渣、冶金渣、煤矸石等。目前廣泛應用的有礦、粉煤灰、化鐵爐渣，黃磷渣等。

3.復合硅酸鹽水泥的生產(chǎn)條件

人們習慣認為硅酸鹽水泥才是優(yōu)質水泥，復合硅酸鹽水泥往常被視為質量較差的水泥，這種觀點是不符合科學道理的。在各種因素適宜的情況下，可以生產(chǎn)出比硅酸鹽水泥還要好的優(yōu)質復合硅酸鹽水泥，要生產(chǎn)優(yōu)質復合硅酸鹽水泥應注意下列三個條件。

3.1保證熟料質量并選擇適宜混合材及摻量

生產(chǎn)優(yōu)質復合硅酸鹽水泥的首要條件是保證熟料質量，否則就是不加混合材也生產(chǎn)不出好的水泥。復合硅酸鹽水泥因加入混合材量大，通常早期強度低，因此，選擇混合材時要注意其特性。另外，混合材摻量還與熟料質量和成分有關。如C3A高的熟料，石灰石宜多摻;堿含量高的熟料，宜多摻火山灰質混合材。各種混合材的總摻量及其比例，應根據(jù)科學實驗來確定。

3.2選擇合理的石膏用量及粉磨細度

在硅酸鹽水泥中選擇合理的石膏用量可正確調(diào)節(jié)水泥凝結時間、降低C3A水化速度、改善水泥漿的工作度、提高水泥后期強度，一般控制在1.5-3.5%（按SO3計）。在復合硅酸鹽水泥中摻加多種混合材，混合材的難磨度有所不同，篩余的化學成份也經(jīng)常是那些難磨的混合材，不控制好恰當?shù)姆勰ゼ毝?，那些粗的混合材在水泥水化時就難以參與反應。

3.3選用合適的外加劑

復合硅酸鹽水泥一般需要用外加劑來提高熟料水化速度，改善水泥早期強度，從而彌補加入大量混合材帶來的相應缺陷。選用外加劑應嚴格控制摻量，協(xié)調(diào)早后期強度。

4.復合硅酸鹽水泥的性能特點

復合硅酸鹽水泥在確保水泥質量的同時，減少熟料成分，利用新型水泥技術處理了大量工業(yè)廢渣，不僅改善水泥性能，還提高了水泥產(chǎn)量，降低能耗與生產(chǎn)成本。其在熟料質量性能、混合材選擇搭配、生產(chǎn)質量控制系統(tǒng)上，比普通硅酸鹽水泥具有更高的要求，產(chǎn)出的水泥更優(yōu)質。在摻入的混合材上，復合硅酸鹽水泥將粉煤灰的填充效應、表面水化效應與礦渣膠凝性能的結合，改善混凝土中的亞微觀結構，顯著提高水泥基材料的混合性能與激發(fā)作用。在水化熱上，復合硅酸鹽水泥比普通硅酸鹽水泥低10%左右，有利于大體積混凝土施工。

5.工業(yè)廢渣在水泥中的應用

一、利用各種工業(yè)廢渣或廢料作為水泥的混合材（粉煤灰、礦渣、廢礦、煤研石等），混合磨細生成相應的水泥品種。二、利用工業(yè)廢料作為水泥熟料原料（電石渣、赤泥、廢礦石等），經(jīng)處理后可充分利用其中所含的硅、鋁、鐵、鈣等有效成份，替代部分天然原料，調(diào)配制成復合要求的水泥生料。三、利用具有可燃組分的廢渣或廢料，作為鍛燒水泥熟料所需的燃料，通常稱為替代燃料或二次燃料。這樣既能合理利用資源又節(jié)能減排。

6.復合硅酸鹽水泥的發(fā)展

復合水泥的“復合效應”不僅是一種工業(yè)廢渣高值化的途徑，而且還具有顯著提高早期強度、整體強度的優(yōu)點。研究復合水泥在物理力學性能上、在宏觀和微觀上的“復合效應”，對水泥物理化學學科的發(fā)展具有重大意義。

6.1我國水泥發(fā)展現(xiàn)狀

隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，水泥工業(yè)作為重要的基礎原料產(chǎn)業(yè)，實現(xiàn)了自身的膨脹式發(fā)展，為我國近年來的城鄉(xiāng)發(fā)展和基礎設施建設做出了巨大的貢獻。技術上，我國水泥不斷探索新型工業(yè)化道路，大規(guī)模推廣新型干法水泥技術。這大大有利于我國產(chǎn)業(yè)機構的升級與緩和資源與發(fā)展之間的沖突。但相比于發(fā)達國家，我國水泥產(chǎn)業(yè)仍未脫離“大而不強”的局面，其生產(chǎn)發(fā)展仍延續(xù)著粗放式經(jīng)濟的增長模式。

6.2復合硅酸鹽水泥的社會效益和發(fā)展前景

大量運用工業(yè)廢渣生產(chǎn)復合硅酸鹽水泥，是發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟的一個方面，可直接降低環(huán)境污染，實現(xiàn)節(jié)能、減排、低碳的生產(chǎn)目標，具有巨大的社會效益。在復合硅酸鹽水泥中摻入較大量的工業(yè)廢渣是發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟的一種嘗試，能節(jié)約資源、提高環(huán)境的保護。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國水泥工業(yè)每年向大氣排放的粉塵、煙塵在1300萬以上，雖然比過去1800萬t有了較大的改進，但比國家環(huán)保部門要求的年排放量650萬t仍相距甚遠。利用工業(yè)廢渣可有效減輕環(huán)境負荷的潛能，使水泥工業(yè)朝節(jié)能、減排的循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展。

故而復合水泥的開發(fā)、研制、生產(chǎn)和性能研究已成為國內(nèi)外水泥發(fā)展的又一重要方向。

參考文獻：

[1]于麗萍.復合水泥的開發(fā)利用[J].山西建材，1997-1.

[2]黃其秀.復合水泥混合材組合方法的研究[J].水泥技術，2011-5.

[3]王敏.復合水泥的開發(fā)與利用[J].河南建材，2008-6.

[4]李慶瑞.復合水泥的應用與發(fā)展[J].河南建材，2012-3.